[论文解读] Analysis of J / ψ π + π − and D 0 D ¯ 0 π 0 decays of the X ( 3872 )

Eric Braaten, J. Stapleton|arXiv (Cornell University)|Jan 1, 2010

Quantum Chromodynamics and Particle Interactions被引用 28

一句话总结

本文重新分析了 BABAR 和 Belle 实验在 J/ψπ⁺π⁻ 和 D⁰D̄⁰π⁰ 衰变道中对 X(3872) 共振态的数据，考虑了影响共振参数定义的普遍 S 波阈值效应。结果表明，X(3872) 的质量低于 D*⁰D⁰ 阈值，支持其被识别为一种极为弱耦合的粲介子分子。

ABSTRACT

We analyze recent data from the BABAR and Belle Collaborations on the X(3872) resonance in the J/{psi}{pi}{sup +{pi}-} and D{sup 0}D{sup 0{pi}0} decay channels, taking careful account of the universal features of an S-wave threshold resonance. Because the line shapes for such a resonance are not integrable functions of the energy, the resonance parameters depend on the prescriptions used to define them. In recent experimental analyses of the D{sup 0}D{sup 0{pi}0} channel, an event near the D*{sup 0}D{sup 0} threshold was assumed to come from D*{sup 0}D{sup 0} or D{sup 0}D*{sup 0} and was therefore assigned an energy above the threshold. Taking this effect into account, our analysis of the D{sup 0}D{sup 0{pi}0} data gives a mass for the X(3872) that is below the D*{sup 0}D{sup 0} threshold. Our analyses in both the J/{psi}{pi}{sup +{pi}-} and D{sup 0}D{sup 0{pi}0} channels are consistent with the identification of the X(3872) as an extremely weakly bound charm meson molecule.

研究动机与目标

• 在 J/ψπ⁺π⁻ 和 D⁰D̄⁰π⁰ 衰变道中，通过仔细处理 S 波阈值效应，重新评估 X(3872) 共振参数。
• 解决由于阈值附近非可积线型导致的共振参数定义模糊性问题。
• 重新评估 D⁰D̄⁰π⁰ 衰变中 D*⁰D⁰ 阈值附近一个事件的解释，校正能量分配偏差。
• 通过一致的阈值动力学分析，检验 X(3872) 为弱耦合粲介子分子的假设。

提出的方法

• 应用普遍有效场论描述 S 波阈值共振，以建模两种衰变道中的线型。
• 对阈值附近的两体末态相互作用采用非微扰处理，以一致地定义共振参数。
• 重新审视 D⁰D̄⁰π⁰ 衰变道中的实验事例选择，校正 D*⁰D⁰ 阈值附近状态的能量分配，避免质量高估。
• 对 J/ψπ⁺π⁻ 和 D⁰D̄⁰π⁰ 不变量质量谱进行联合拟合，包含阈值尖点和幺正性效应。
• 施加来自有效场论的模型无关约束，以确保与普遍低能行为的一致性。
• 在不同共振参数定义下比较结果，以评估提取质量的敏感性和鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 普遍 S 波阈值效应如何影响 X(3872) 共振参数的提取？
• RQ2 在 D⁰D̄⁰π⁰ 衰变道中，校正阈值能量分配偏差后，X(3872) 的真实质量是多少？
• RQ3 考虑到其质量相对于 D*⁰D⁰ 阈值的位置，X(3872) 是否与弱耦合粲介子分子的解释一致？
• RQ4 在统一的有效场论框架下，J/ψπ⁺π⁻ 和 D⁰D̄⁰π⁰ 衰变中的线型如何比较？
• RQ5 非可积共振线型对实验共振参数测量可靠性有何影响？

主要发现

• 在 D⁰D̄⁰π⁰ 衰变道中校正能量分配偏差后，X(3872) 的质量被确定位于 D*⁰D⁰ 阈值之下。
• 由于阈值附近存在非可积线型，共振参数对定义方式极为敏感，因此需要一致的理论框架。
• 对 J/ψπ⁺π⁻ 衰变道的分析显示，线型特征与阈值尖点及 S 波末态相互作用一致。
• 在正确处理阈值后重新解释 D⁰D̄⁰π⁰ 数据，不再需要假设阈值之上的共振态，支持束缚态解释。
• 两种衰变道在有效场论框架下结果一致，进一步支持 X(3872) 为弱耦合粲介子分子。
• 观测到的 D*⁰D⁰ 阈值附近的事件更宜解释为阈值尖点或低于阈值的低激发共振态，而非真实存在的高于阈值的共振态。